EP2313788B1 - Elektronischer sensor oder sensorgerät, insbesondere beschleunigungssensor, mit einem in ein sensorgehäuse eingebauten chipmodul - Google Patents

Elektronischer sensor oder sensorgerät, insbesondere beschleunigungssensor, mit einem in ein sensorgehäuse eingebauten chipmodul Download PDF

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EP2313788B1
EP2313788B1 EP09779682.5A EP09779682A EP2313788B1 EP 2313788 B1 EP2313788 B1 EP 2313788B1 EP 09779682 A EP09779682 A EP 09779682A EP 2313788 B1 EP2313788 B1 EP 2313788B1
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EP
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housing
sensor
bearer
strip
press
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Definitions

  • the invention relates to an electronic sensor or sensor device, in particular an acceleration sensor, with a sensor housing, in which a chip module is installed, wherein the sensor housing has plug contacts, which are connected via electrical connections to terminals which are arranged on a module housing of the chip module.
  • the most common type of sensor fabrication is - unlike the cited generic state of the art - the mounting of an SMD-capable module housing (which is designed in a standard chip housing, eg SOP oriented), which the sensor chip, the ASIC ( Signal processing chip) and optionally contains passive components, by standard SMD processes on a circuit board.
  • the assembled printed circuit board is subsequently mounted by bonding processes or soldering processes or the cold bonding technique (press-fit technology, insulation displacement terminals, etc.) in a previously prepared plastic housing with metal inserts.
  • This sensor housing end housing of the sensor
  • Such, for mounting on a substrate provided chip module is for example from the DE 10 2004 058 815 A1 known.
  • a circuit board is required as a carrier of the module housing and possibly passive components.
  • DIP dual in-line packages
  • SMD surface mount technology
  • inventive electronic sensor or sensor device is characterized in claim 1. Further developments and preferred measures will become apparent from the dependent claims 2 to 4.
  • inventive method for producing such a sensor is characterized in claim 5.
  • the invention builds on the generic features in that the module housing has laterally outwardly projecting connection pins, which each have a taper at their free ends, and that at least one metallic carrier strip is provided which in a first end region as a plug contact is formed and in each case has a spring-terminal contact point in a second end region for at least one connection pin, which forms a flexible press-fit zone for the corresponding terminal pin.
  • at least one recess in the carrier strip is provided for each of the connection pins not to be contacted.
  • the secure electrical and mechanical integration of a module housing that can be produced and standardized using standard processes is thus achieved in a custom-made plastic housing.
  • no use of lead in the sensor is required.
  • the invention is based on a holistic sensor concept based on a minimally modified standard dual in-line package (DIP) with fully integrated circuit technology, which is mounted in press-fit on spring contact carrier and further processed. Due to this concept, the invention can do without a printed circuit board or a substrate, which leads to a cost reduction. In terms of cost, the fact remains that, according to the invention, there is no change to the Matrix of known DIP leadframes is required, thus the production with standard machines and tools is possible. Due to the only minor changes to the legs of the DIP, the measurement technology or the comparison with standard measurement shots is possible, so that no expensive custom-made products.
  • DIP dual in-line package
  • the carrier strip is embossed to form the press-in zones in the second end region to a smaller thickness than in the first end region.
  • the press-in zones each have a slot arranged transversely to the longitudinal direction of the carrier strip, for receiving the corresponding connection pin, and two transverse struts, the transverse struts being adjacent to one of the opposite sides of the slot on the one hand and to a respective recess in the carrier strip on the other.
  • the carrier strip by choosing the material, its thickness, and by choosing the arrangement and size of the slot and the recesses can be interpreted so that when pressing the terminal pins a spring action of the cross braces is given.
  • the module housing used is a cost-effective standard chip housing, in particular a dual-in-line housing (DIP), provided that it has plug-in connection pins, or if such are produced, for example, by straight bending of SMD-capable bent pins.
  • DIP dual-in-line housing
  • An inventive method for producing a sensor or sensor device provides that the module housing is mounted by means of press-fitting on the or the metallic carrier strip, and that module housing and carrier strip are then embedded by molding together with plastic in a sensor housing.
  • FIG. 1 shows from the front side ( Figure 1A ), in plan view ( FIG. 1B ) and from the side ( Figure 1C )
  • the module housing 1 of the chip module 2 is prepared in a conventional manner in the transfer molding process (Material: a molding compound based on an epoxy).
  • the module housing 1 contains on a structured leadframe (circuit carrier) the microstructured sensor chip, the ASIC and passive components (all not shown here).
  • the only change is that the shape of the connection pins 4 ("legs") is slightly modified.
  • the modification comprises at least one taper 3 at the free end of the respective leg 4.
  • a stop surface 5 is also advantageous.
  • the base of the chip module 2 is accordingly a JEDEC-compliant standard module housing 1 in the dual inline design, in which the complete circuit, ie circuit carrier (structured leadframe), sensor chip, ASIC and optionally passive components are integrated.
  • the terminal legs 4 of this module housing 1 according to the invention have been narrowed by a taper 3 of the ends of the legs 4.
  • the transition from the leg 4 in the housing 1 - unlike the original DIP - designed without phase. Rather, a stop surface 5 per connection pin 4 is provided.
  • the modification of the legs 4 advantageously does not affect the pitch in the lead frame composite, both in the X and Y direction. Also the normal cutting-bending tools can be used. Thus, the representation within known matrix lead frame structures is possible as well as the production on standard machines.
  • FIG. 2 shows the representation of in FIG. 1 shown DIP module housing 1 in the composite of many module housing in the form of a lead frame 6, more precisely: the section of a matrix leadframe. Since it is almost a standard module housing 1, only the final shape of the "legs" 4 was slightly modified, the production on standard machines in worldwide standardized procedures is possible, resulting in a significant cost advantage, since existing production lines, existing injection and Separation bending tools can be used.
  • FIG. 3 shows a representation of the metallic carrier strip 7 according to the invention in two views.
  • the thickness of the carrier strip 7 is defined by the desired customer interface, in this Example 0.6 mm thickness of the plug contact 8.
  • the raw tape 14, see FIG. 4 (eg from CuSn 6 ) is unilaterally (here in the left end of the in FIG. 3 shown carrier strip 7) to the necessary for contacting the DIP housing 1 thickness down coined.
  • the structure of the clamping spring contacts 9 is stamped for the subsequent recording of the DIP housing 1 and optionally electroplated.
  • the first function is ensured by appropriate punching tools and by the appropriate choice of the thickness of the carrier strip 7.
  • spring contact terminal points 9 are provided.
  • the standard press-fit technology is inverted: the pin becomes solid and the press-in area is designed to be spring-loaded or clamped.
  • the pins are the legs 4 of the DIP module housing 1, and the press-in areas 9 are represented by function-oriented design of the carrier strip 7.
  • the carrier strip 7 is impressed down to the required level and by punched slots 10 spring terminal contact points 9 are realized in the required number.
  • the slots 10 are limited by means of recesses 12 and 13 formed cross struts 11.
  • FIG. 4 shows a representation of the carrier strip 7 according to the invention as a composite in a continuous belt 14 (outlined only a small section of the belt 14).
  • belt plating processes are possible, as they are also typically provided in press-fit.
  • the separation of the carrier elements 7 by a punching process takes place only in the final assembly. Since the stamping process takes place in a band 14, also galvanically applied surfaces, also partially on the connector pins 8, that is different than the rest of the carrier 7, are possible, so that the areas of the carrier strip 7 are provided with matching to their respective functional environments surfaces can.
  • FIG. 5 shows a representation of the structure according to the invention:
  • the DIP housing 1 is connected by means of press-fitting (or cold contacting technique) with the carrier strip 7.
  • Optional side guides for pre-fixing of the DIP housing 1 can be provided on the carrier strip 7, which are realized by a bending process.
  • an eight-pole module housing 1 is shown, so that each carrier strip 7 four connection pins 4 are assigned.
  • the two middle connection pins 4 of each row of terminals are not contacted in press-in zones 9, but extend freely, that is, without electrical contact, for example through the recess 13 therethrough.
  • the associated connection pins 4, which are not to be contacted during normal operation of the sensor, are only needed in test mode.
  • FIG. 6 It can be seen how a spring-clamping action to the legs 4 of the DIP housing 4 by the press-in process arises in a design and material technology appropriately designed carrier strip 7 at the spring-terminal contact points.
  • the DIP-legs 4 is threaded into a slot 10 of the carrier strip 7.
  • the DIP-legs 4 comes on further pressing in contact with the cross braces 11 and exerts on this a sideways directed force, which can give the cross struts due to their construction or due to the recesses 12 and 13 partially resilient.
  • the respective connection pin 4 is completely pressed in and establishes a secure electrical and mechanical connection with the carrier strip 7.
  • the tapered portions 3 of the legs 4 find when loading according to the Figures 5 and 6 in the designated slots 10 in the carrier strip 7, since the dimensions of the legs 4 in the tapered portion 3 are slightly narrower than the slots 10 are wide. By applying force, the legs 4 are pressed into the slots 10. The clamping effect is achieved because the legs 4 in the non-tapered region are wider than the slots 10 in the carrier 7.
  • the carrier 7 must allow a certain spring action of the crossbars 11, which by a corresponding interpretation of the available parameters readily is possible.
  • the carrier strip 7 is encapsulated with an intermediate housing 15, cf. FIG. 7 .
  • an intermediate housing 15, for example made of a partially flexible material (silicone), encapsulated.
  • a surrounding intermediate housing 15 for example made of a partially flexible material (silicone), encapsulated.
  • the injection molding tool required for the production of the intermediate housing 15 can serve as the basis for the press-in process by "sliding elements" take over the support of the force input, see below FIG.
  • the carrier strip 7 and the intermediate housing 15 are encapsulated with a plastic in such a way that an end housing (sensor housing) 16 is produced, which compares the plug interface 8a FIG. 8 , and a mounting option 17 includes.
  • FIG. 8 shows a representation of the final sensor housing 16, which includes the structure described above, in several views and in "review".
  • the shape is chosen by way of example and is particularly suitable for a vehicle acceleration sensor.
  • a mounting pin 18 can also be seen.
  • FIG. 9 shows further illustrations of the end housing 16 of the sensor.
  • an "attachment with a central depression" 19 is provided on the upper side of the intermediate housing 15.
  • the counterpart is located in the (not shown) injection molding tool and supports the exact positioning of the intermediate housing 15 to the end housing 16.
  • the injection point of the end housing 16 is selected (eg below the socket) that the injecting plastic compound, the intermediate housing 15 exactly against this receiving surface 19th suppressed.
  • An insertion tool 23 presses the housing 1 or the DIP legs 4 into the spring elements 9 of the carrier strip 7.
  • the pressing process are the "slider” 20 in the injection mold 21 at the same time the "counter bearing” for the (from above) introduced the insertion force.
  • the press-fit tool 23 and the slide 20 necessary for the force absorption are then moved back, cf. FIG. 12 , Left part, the upper injection molding cavity 24 then closes the intended for the preparation of the intermediate housing 15 injection molding tool, see FIG. 12 , right part.
  • the intermediate housing 15 After injecting the mass and cooling, the intermediate housing 15 is ready.
  • the slides 20 serve here simultaneously as "ejector" of the intermediate housing 15 from the lower injection mold cavity 21st
  • the intermediate housing 15 may be omitted.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen elektronischer Sensor oder Sensorgerät, insbesondere einen Beschleunigungssensor, mit einem Sensorgehäuse, in das ein Chipmodul eingebaut ist, wobei das Sensorgehäuse Steckerkontakte aufweist, die über elektrische Verbindungen mit Anschlüssen verbunden sind, die an einem Modulgehäuse des Chipmoduls angeordnet sind.
  • Ein derartiger Sensor, bei dem das Chipmodul ohne Substrat beziehungsweise Leiterplatte unmittelbar in das Sensorgehäuse eingebaut ist, ist bereits aus der DE 10 2006 037 691 A1 bekannt. Dabei ist es erforderlich, im Modulgehäuse selbst Einpresszonen und am Sensorgehäuse korrespondierende Einpresspins auszuformen.
  • Die am meisten verbreitete Art der Sensorherstellung ist jedoch - anders als beim genannten gattungsgemäßen Stand der Technik - die Montage eines SMD-fähigen Modulgehäuses (das sich im Design an einem Standard-Chipgehäuse, z.B. SOP, orientiert), welches den Sensorchip, den ASIC (Signalverarbeitungschip) und gegebenenfalls passive Bauelemente enthält, durch Standard-SMD-Prozesse auf einer Leiterplatte. Die bestückte Leiterplatte wird nachfolgend durch Bondprozesse oder Lötprozesse oder die kalte Kontaktiertechnik (Einpresstechnik, Schneidklemmen, etc.) in ein bereits vorher hergestelltes Plastikgehäuse mit metallischen Einlegeteilen montiert. Dieses Sensorgehäuse (Endgehäuse des Sensors) wird zum Schluss mit einem Deckel verschlossen (geklebt, Lasergeschweißt, etc.) oder mit einem Füllmaterial ausgegossen. Ein derartiges, zur Befestigung auf einem Substrat vorgesehenes Chipmodul ist z.B. aus der DE 10 2004 058 815 A1 bekannt. Bei diesen Konzepten ist demnach als Träger des Modulgehäuses und gegebenenfalls passiver Bauelemente eine Leiterplatte notwendig. Diese Technologie und die damit verbunden Montageprozesse bestimmen heute maßgeblich den Preis und die Marktfähigkeit eines Sensors, auch im Hinblick auf die kommende Entwicklung/Umstellung der Löttechnik auf bleifreie Lote und die damit verbundenen Entwicklungskosten.
  • Im Bereich der Modulgehäuse ist eine Vielzahl an Gehäusen und "Beinchenformen" bekannt. Insbesondere sind Dual-Inline-Gehäuse (DIP) als Modulgehäuse bekannt, allerdings nicht in ihrer ursprünglichen Form mit für die "Durchsteck-Montage" in metallisierten Leiterplattenbohrungen vorgesehenen Anschlusspins, sondern mit Anschlüssen, die für die heute übliche Oberflächenmontagetechnik (SMD) ausgelegt sind.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße elektronischer Sensor oder Sensorgerät ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen und bevorzugte Maßnahmen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sensors ist in Anspruch 5 gekennzeichnet.
  • Hinsichtlich des elektrischen Sensors baut die Erfindung auf den gattungsgemäßen Merkmalen dadurch auf, dass das Modulgehäuse seitlich nach außen ragende Anschlusspins aufweist, die an ihren freien Enden jeweils eine Verjüngung aufweisen, und dass mindestens ein metallischer Trägerstreifen vorgesehen ist, der in einem ersten Endbereich als Steckerkontakt ausgebildet ist und in einem zweiten Endbereich für mindestens einen Anschlusspin jeweils eine Feder-Klemm-Kontaktstelle aufweist, die eine flexible Einpresszone für den korrespondierenden Anschlusspin bildet. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist für die jeweils nicht zu kontaktierenden Anschlusspins mindestens eine Aussparung im Trägerstreifen vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß gelingt damit die sichere elektrische und mechanische Integration eines mit Standardprozessen herstellbaren und genormten Modulgehäuses in ein kundenspezifisch herstellbares Kunststoffgehäuse. Erfindungsgemäß ist keine Verwendung von Blei im Sensor erforderlich. Die Erfindung beruht auf einem ganzheitlichen Sensorkonzept auf Basis eines minimal modifizierten Standard-Dual-Inline-Packages (DIP) mit vollständig integrierter Schaltungstechnik, welches in Einpresstechnik auf Federkontakt-Träger montiert und weiterverarbeitet wird. Aufgrund dieses Konzepts kommt die Erfindung ohne eine Leiterplatte oder ein Substrat aus, was zu einer Kostenreduktion führt. Kostenmäßig positiv wirkt sich weiterhin die Tatsache aus, dass erfindungsgemäß keine Änderung an der Matrix bekannter DIP-Leadframes erforderlich ist, somit die Fertigung mit Standardmaschinen und -werkzeugen möglich wird. Aufgrund der nur geringfügigen Änderungen an den Beinchen des DIP wird die Messtechnik bzw. der Abgleich mit Standard-Messaufnahmen ermöglicht, so dass keine teuren Sonderanfertigungen anfallen.
  • Ein besonderer Vorteil ergibt sich ferner aus der erfindungsgemäß gegebenen Variabilität hinsichtlich derjenigen Anschlusspins, deren Kontaktierung überhaupt erwünscht ist. Dazu werden nur die Beinchen eingepresst, die für die elektrische Funktion und die mechanische Festigkeit notwendig sind. Für alle anderen Anschlusspins werden im Trägerstreifen entsprechende Aussparungen vorgesehen.
  • Gemäß einer als besonders vorteilhaft angesehenen Ausführungsform der Erfindung ist der Trägerstreifen zur Bildung der Einpresszonen im zweiten Endbereich auf eine geringere Dicke als im ersten Endbereich heruntergeprägt. Erfindungsgemäß weisen die Einpresszonen jeweils einen quer zur Längsrichtung des Trägerstreifens angeordneten, zur Aufnahme des korrespondierenden Anschlusspins vorgesehenen Schlitz, sowie zwei Querstreben auf, wobei die Querstreben jeweils an eine der gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes einerseits und an jeweils eine Aussparung im Trägerstreifen andererseits angrenzen. Die erforderliche Flexibilität der Einpresszonen lässt sich also durch einfache stanztechnische Maßnahmen realisieren.
  • Gemäß der Erfindung lässt sich der Trägerstreifen durch Wahl des Materials, seiner Dicke, sowie durch Wahl der Anordnung und Größe des Schlitzes und der Aussparungen so auslegen, dass beim Einpressen der Anschlusspins eine Federwirkung der Querstreben gegeben ist.
  • Als Modulgehäuse wird ein kostengünstiges Standard-Chipgehäuse, insbesondere ein Dual-Inline-Gehäuse (DIP) verwendet sofern es einsteckmontagefähige Anschlusspins aufweist, beziehungsweise sofern solche - beispielsweise durch Geradebiegen von SMD-fähigen, gebogenen Pins - erzeugt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Sensors oder Sensorgeräts sieht vor, dass das Modulgehäuse mittels Einpresstechnik auf den oder die metallischen Trägerstreifen montiert wird, und dass Modulgehäuse und Trägerstreifen anschließend durch gemeinsames Umspritzen mit Kunststoff in ein Sensorgehäuse eingebettet werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    verschiedene Ansichten eines DIP-Modulgehäuses mit erfindungsgemäß modifizierten Anschlusspins,
    Figur 2
    das in Figur 1 gezeigte Modulgehäuse im Matrix-Leadframe-Verbund vieler Modulgehäuse,
    Figur 3
    eine Draufsicht und einen Querschnitt erfindungsgemäßer Trägerstreifen,
    Figur 4
    die in Figur 3 gezeigten Trägerstreifen im Verband eines fortlaufenden Bandes,
    Figur 5
    eine Draufsicht und einen Querschnitt eines erfindungsgemäß auf ^ zwei Trägerstreifen eingepressten Chipmoduls,
    Figur 6
    eine Detaildarstellung zur Verdeutlichung der Einpresszonen des Trägerstreifens und des Einpressprozesses,
    Figur 7
    eine Draufsicht und einen Querschnitt einer mit einem Zwischengehäuse umspritzten Anordnung gemäß Figur 5,
    Figur 8
    verschiedene Ansichten des endgültigen Sensorgehäuses,
    Figur 9
    weitere Darstellungen des endgültigen Sensorgehäuses,
    Figur 10 bis 12
    verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Herstellungsprozesses des erfindungsgemäßen Sensors.
    Ausführungsform der Erfindung
  • Figur 1 zeigt von der Stirnseite her (Figur 1A), in Draufsicht (Figur 1B) und von der Seite her (Figur 1C) die Darstellung eines nach JEDEC genormten Dual-Inline-Packages (DIP) mit jeweils vier aus den beiden Längskanten heraus ragenden Pins 4. Das Modulgehäuse 1 des Chipmoduls 2 wird in an sich bekannter Weise im Transfer-Moldverfahren hergestellt (Material: ein Moldcompound auf Basis eines Epoxys). Das Modulgehäuse 1 beinhaltet auf einem strukturierten Leadframe (Schaltungsträger) den mikrostrukturierten Sensorchip, den ASIC und passive Bauelemente (alles hier nicht dargestellt). Erfindungsgemäß wird als einzige Änderung die Form der Anschlusspins 4("Beinchen") leicht modifiziert. Die Modifikation umfasst mindestens eine Verjüngung 3 am freien Ende des jeweiligen Beinchens 4. Vorteilhaft ist ferner eine Anschlagsfläche 5. Basis des Chipmoduls 2 ist demnach - im dargestellten Ausführungsbeispiel - ein JEDEC-konformes Standard-Modulgehäuse 1 in Dual-Inline-Bauform, in welchem die vollständige Schaltung, also Schaltungsträger (strukturierter Leadframe), Sensorchip, ASIC und gegebenenfalls passive Bauelemente, integriert sind. Die Anschlussbeinchen 4 dieses erfindungsgemäßen Modulgehäuses 1 wurden jedoch durch eine Verjüngung 3 der Enden der Beinchen 4 schmäler gemacht. Außerdem wird der Übergang vom Beinchen 4 in das Gehäuse 1 - anders als beim ursprünglichen DIP - ohne Phase ausgelegt. Vielmehr ist eine Anschlagsfläche 5 pro Anschlusspin 4 vorgesehen.
  • Die Modifikation der Beinchen 4 beeinflusst vorteilhafterweise nicht das Rastermaß im Leadframe-Verbund, sowohl nicht in X-, als auch nicht in Y-Richtung. Auch die normalen Trenn-Biegewerkzeuge können verwendet werden. Somit ist die Darstellung innerhalb bekannter Matrix-Leadframestrukturen möglich sowie die Fertigung auf Standardmaschinen.
  • Figur 2 zeigt die Darstellung des in Figur 1 gezeigten DIP-Modulgehäuses 1 im Verbund vieler Modulgehäuse in Form eines Leadframes 6, genauer: den Ausschnitt eines Matrix-Leadframes. Da es sich quasi um ein Standard-Modulgehäuse 1 handelt, nur die Endform der "Beinchen" 4 leicht modifiziert wurde, ist die Herstellung auf Standardmaschinen in weltweit standardisierten Verfahren möglich, was zu einem erheblichen Kostenvorteil führt, da vorhandene Fertigungslinien, vorhandene Spitzguss- und Trenn-Biegewerkzeuge verwendet werden können.
  • Figur 3 zeigt eine Darstellung des erfindungsgemäßen metallischen Trägerstreifens 7 in zwei Ansichten. (In der Draufsicht sind nebeneinander zwei Trägerstreifen dargestellt, die jeweils für die elektrische und mechanische Verbindung mit den an einer gemeinsamen Seite des DIP-Modulgehäuses 1 angeordneten Anschlusspins 4 verantwortlich sind.) Die Dicke des Trägerstreifens 7 wird durch die gewünschte Kundenschnittstelle definiert, in diesem Beispiel 0,6 mm Dicke des Steckerkontaktes 8. Das Rohband 14, vergleiche Figur 4, (z.B. aus CuSn6) wird einseitig (hier im linken Endbereich der in Figur 3 dargestellten Trägerstreifen 7) auf die für die Kontaktierung zum DIP-Gehäuse 1 notwendige Dicke heruntergeprägt. In das heruntergeprägte Band 14 wird die Struktur der Klemm-Federkontakte 9 für die spätere Aufnahme des DIP-Gehäuses 1 eingestanzt und gegebenenfalls galvanisch beschichtet.
  • Der metallische Trägerstreifen 7 erfüllt erfindungsgemäß zwei Funktionen:
    • Zum einen die Realisierung der Steckerkontaktschnittstelle. Zum anderen die Möglichkeit, das DIP-Modulgehäuse 1 mittels Einpresstechnik (kalte Kontaktiertechnik) elektrisch zu kontaktieren und mechanisch sicher zu befestigen.
  • Die erste Funktion wird durch entsprechende Stanzwerkzeuge und durch die geeignete Wahl der Dicke des Trägerstreifens 7 gewährleistet. Für die zweite Funktion sind Federkontakt-Klemmstellen 9 vorgesehen. Im Prinzip wird hierbei die Standard-Einpresstechnik invertiert: Der Pin wird massiv und der Einpressbereich wird federnd bzw. klemmend ausgelegt. Die Pins sind erfindungsgemäß die Beinchen 4 des DIP-Modulgehäuses 1 und die Einpressbereiche 9 werden durch funktionsorientierte Auslegung des Trägerstreifens 7 dargestellt. Der Trägerstreifen 7 wird dazu auf das erforderliche Maß heruntergeprägt und durch eingestanzte Schlitze 10 werden Feder-Klemm-Kontaktstellen 9 in benötigter Anzahl realisiert. Dabei sind die Schlitze 10 durch mithilfe von Aussparungen 12 und 13 gebildete Querstreben 11 begrenzt.
  • Figur 4 zeigt eine Darstellung des erfindungsgemäßen Trägerstreifens 7 als Verbund in einem fortlaufenden Band 14(skizziert wurde nur ein kleiner Ausschnitt des Bandes 14). In Form eines Band 14 sind Bandgalvanik-Prozesse möglich, wie sie auch typischerweise bei Einpresskontakten vorgesehen werden. Die Vereinzelung der Trägerelemente 7 durch einen Stanzprozess erfolgt erst in der Endmontage. Da der Stanzprozess in einem Band 14 erfolgt, sind auch galvanisch aufgebrachte Oberflächen, auch partiell an den Steckerpins 8, das heißt anders als am Rest des Trägers 7, möglich, so dass die Bereiche des Trägerstreifens 7 mit zu ihren jeweiligen Funktionsumgebungen passenden Oberflächen versehen werden können.
  • Figur 5 zeigt eine Darstellung des erfindungsgemäßen Aufbaus: Das DIP-Gehäuse 1 wird mittels Einpresstechnik (bzw. kalter Kontaktiertechnik) mit dem Trägerstreifen 7 verbunden. (zum genauen Ablauf vergleiche auch die Detaildarstellung gemäß Figur 6) Optional können am Trägerstreifen 7 seitliche Führungen zur Vorfixierung des DIP-Gehäuses 1 vorgesehen werden, welche durch einen Biegeprozess realisiert werden. Beispielhalber ist ein achtpoliges Modulgehäuse 1 dargestellt, so dass jedem Trägerstreifen 7 vier Anschlusspins 4 zugeordnet sind. Wie erkennbar, werden die beiden mittleren Anschlusspins 4 jeder Anschlussreihe nicht in Einpresszonen 9 kontaktiert, sondern erstrecken sich frei, das heißt, ohne elektrischen Kontakt beispielsweise durch die Aussparung 13 hindurch. Die zugehörigen, im normalen Betrieb des Sensors nicht zu kontaktierenden Anschlusspins 4 werden nur im Testbetrieb benötigt.
  • In Figur 6 ist erkennbar, wie bei einem konstruktiv und materialtechnisch entsprechend ausgelegtem Trägerstreifen 7 an den Feder-Klemm-Kontaktstellen 9 eine Feder-Klemmwirkung zu den Beinchen 4 des DIP-Gehäuses 4 durch den Einpressprozess entsteht. Zunächst wird das DIP-Beinchen 4 in einen Schlitz 10 des Trägerstreifens 7 eingefädelt. Das DIP-Beinchen 4 kommt beim weiteren Einpressen in Kontakt mit den Querstreben 11 und übt auf diese eine seitwärts gerichtete Kraft aus, der die Querstreben aufgrund ihrer Konstruktion beziehungsweise aufgrund der Aussparungen 12 und 13 teilweise federnd nachgeben können. Schließlich ist der jeweilige Anschlusspin 4 vollständig eingepresst und stellt eine sichere elektrische und mechanische Verbindung mit dem Trägerstreifen 7 her.
  • Die verjüngten Bereiche 3 der Beinchen 4 finden beim Bestücken gemäß den Figuren 5 und 6 in die dafür vorgesehenen Schlitze 10 im Trägerstreifen 7, da die Abmessungen der Beinchen 4 im verjüngten Bereich 3 geringfügig schmaler sind, als die Schlitze 10 breit sind. Durch Kraftbeaufschlagung werden die Beinchen 4 in die Schlitze 10 gedrückt. Die Klemmwirkung wird dadurch erzielt, da die Beinchen 4 im nicht verjüngten Bereich breiter sind als die Schlitze 10 im Träger 7. Der Träger 7 muss dabei eine gewisse Federwirkung der Querstreben 11 zulassen, was durch eine entsprechende Auslegung anhand der zur Verfügung stehenden Parameter ohne weiteres möglich ist.
  • Um diese elektromechanische Verbindung zu sichern, wird der Trägerstreifen 7 mit einem Zwischengehäuse 15 umspritzt, vergleiche Figur 7. Zur mechanische Fixierung des eingepressten DIP-Gehäuses 1 auf dem Trägerstreifen 7 und zur Entkopplung des Stresses beim nachfolgenden Spritzgussprozess des umgebenden Sensorgehäuses (Endgehäuses) wird der gemäß Figur 5 vorliegende Aufbau mit einem umgebenden Zwischengehäuse 15, z.B. aus einem teilflexiblen Material (Silikon), umspritzt. Aus den in Figur 7 gewählten Darstellungen ist die nur beispielhafte Formgebung des Zwischengehäuses 15 erkennbar. Das für die Herstellung des Zwischengehäuses 15 erforderliche Spritzgusswerkzeug kann als Grundlage für den Einpressprozess dienen, indem "Schiebeelemente" die Abstützung der Krafteinkopplung übernehmen, vergleiche weiter unten Figur 10. Diese "Schiebeelemente" im Spritzgusswerkzeug können auch gleichzeitig die Funktion des Auswerfens des Zwischengehäuses 15 übernehmen. Außerdem ist das Zwischengehäuse 15 mit Hinsicht auf die Entkopplung des Stresses beim - mit sehr hohem Druck (>500 bar) erfolgenden - Umspritzen mit dem Kunststoff des Sensorgehäuses vorteilhaft.
  • Zuletzt wird der Trägerstreifen 7 und das Zwischengehäuse 15 derart mit einem Kunststoff umspritzt, dass ein Endgehäuse (Sensorgehäuse) 16 entsteht, welche die Steckerschnittstelle 8a, vergleiche Figur 8, und eine Befestigungsmöglichkeit 17 beinhaltet.
  • Figur 8 zeigt eine Darstellung des endgültigen Sensorgehäuses 16, welches den zuvor beschriebenen Aufbau beinhaltet, in mehreren Ansichten und in "Durchsicht". Die Form ist beispielhaft gewählt und eignet sich insbesondere für einen Kfz-Beschleunigungssensor. Erkennbar ist ferner ein Montagepin 18.
  • Figur 9 zeigt weitere Darstellungen des Endgehäuses 16 des Sensors. Um das Zwischengehäuse 15 im Spritzgusswerkzeug des Endgehäuses 16 fixieren zu können, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an der Oberseite des Zwischengehäuses 15 ein "Aufsatz mit zentraler Vertiefung" 19 vorgesehen. Der Gegenpart dazu befindet sich im (nicht dargestellten) Spritzgusswerkzeug und unterstützt die exakte Positionierung des Zwischengehäuses 15 zum Endgehäuse 16. Der Anspritzpunkt des Endgehäuses 16 wird so gewählt (z.B. unterhalb der Buchse), dass die einspritzende Kunststoffmasse das Zwischengehäuse 15 genau gegen diese Aufnahmefläche 19 drückt.
  • Figur 10 bis 12 zeigt die Darstellung verschiedener Stadien eines möglichen Prozessablaufes bei der Herstellung:
    • Gemäß Figur 10 werden zunächst die freigestanzten Trägerelemente 7 über der unteren, für die Herstellung des Zwischengehäuses 15 bereitgestellten, Spritzgusskavität 21 positioniert. In der Kavität 21 befinden sich Schiebeelemente 20, welche auf die Höhe des Trägerstreifens 7 ausgefahren sind.
  • Durch einen Pick & Place Prozess wird mittels Vakuumsauger 22 das DIP-Gehäuse 1, vergleiche Figur 11, linker Teil, zum Trägerstreifen 7 positioniert und bestückt (eingefädelt).
  • Ein Einpresswerkzeug 23, vergleiche Figur 11, rechter Teil, presst das Gehäuse 1 bzw. die DIP-Beinchen 4 in die Federelemente 9 des Trägerstreifens 7 ein. Beim Einpressvorgang sind die "Schieber" 20 im Spritzgusswerkzeug 21 gleichzeitig die "Gegenlager" für die (von oben her) eingebrachte Einpresskraft.
  • Das Einpresswerkzeug 23 und die zur Kraftaufnahme notwendigen Schieber 20 werden anschließend zurück gefahren, vergleiche Figur 12, linker Teil, die obere Spritzgusskavität 24 schließt dann das zur Herstellung des Zwischengehäuses 15 vorgesehene Spritzwerkzeug, vergleiche Figur 12, rechter Teil.
  • Nach dem Einspritzen der Masse und Abkühlen ist das Zwischengehäuse 15 fertig. Die Schieber 20 dienen hier gleichzeitig als "Auswerfer" des Zwischengehäuses 15 aus der unteren Spritzgusskavität 21.
  • Zum Schluss erfolgt das Umspritzen des umschließenden Endgehäuses 16 mit dem in den Figuren 8 und 9 dargestellten Ergebnis, welches die Steckerschnittstelle 8a und die Anschraub- bzw. Montagemöglichkeit 17 und 18 vorsieht.
  • Im Folgenden sollen zusammenfassend nochmals einige wesentliche Vorteile der Erfindung genannt werden:
    • Ermöglicht wird eine ideale Stressentkopplung zwischen DIP-Modulgehäuse 1 und Trägerstreifen 7 aufgrund der Beinchenlänge am DIP-Gehäuse 1. Andererseits ergibt sich eine sehr kleine Sensorgröße des gesamten Sensors. Die Montageprozesse werden insgesamt stark reduziert. Da keine thermischen Montage- bzw. Verbindungsprozesse, kein Schweißen, Löten usw. erforderlich ist, ergibt sich somit kein thermischer Stress auf das DIP-Modulgehäuse durch die Verbindungstechnik. Da die Gehäuseformen kaum eingeschränkt sind, sind insbesondere auch Kfz taugliche Sensorgehäuse realisierbar.
  • Ferner resultiert eine Entschärfung der so genannten "Partikelproblematik" elektrisch leitfähiger Partikel. Eine Kontamination durch Lotkugeln, Flussmittelrückstande, Schmauchspuren beim Schweißen, Kleberrückstände beim Silberleitkleben, etc ist aufgrund der erfindungsgemäßen Montage nicht zu befürchten.
  • Bei Verwendung eines Transfer-Moldverfahren (d.h. wenn das Endgehäuse 16 aus Moldcompound / Epoxy hergestellt wird) kann gegebenenfalls auf das Zwischengehäuse 15 verzichtet werden.
  • Mit ein und dem gleichen DIP-Modulgehäuse 1 sind bei vielen Sensortypen sämtliche Sensierungsrichtungen einfach nur durch Variation der Lage des Trägerstreifens (0°-, 45°-, 90°-Sensor, usw.) realisierbar.

Claims (8)

  1. Elektronischer Sensor oder Sensorgerät, insbesondere Beschleunigungssensor, mit einem Sensorgehäuse (16), in das ein Chipmodul (2) eingebaut ist, wobei das Sensorgehäuse (16) Steckerkontakte (8) aufweist, die über elektrische Verbindungen mit Anschlüssen verbunden sind, die an einem Modulgehäuse (1) des Chipmoduls (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Modulgehäuse (1) ein Standard-Chipgehäuse, insbesondere ein Dual-Inline-Gehäuse DIP ist, das seitlich nach außen ragende, einsteckmontagefähige Anschlusspins (4) aufweist, die an ihren freien Enden jeweils eine Verjüngung (3) aufweisen,
    - dass mindestens ein metallischer Trägerstreifen (7) vorgesehen ist, der in einem ersten Endbereich als Steckerkontakt (8) ausgebildet ist und in einem zweiten Endbereich für mindestens einen Anschlusspin (4) jeweils eine Feder-Klemm-Kontaktstelle (9) aufweist, die eine flexible Einpresszone für den korrespondierenden Anschlusspin (4) bildet,
    - wobei das Modulgehäuse (1) wenigstens einen kontaktierten und wenigstens einen nicht kontaktierten Anschlusspin (4) aufweist,
    - wobei für die jeweils nicht zu kontaktierenden Anschlusspins (4) mindestens eine Aussparung (12, 13) im Trägerstreifen (7) vorgesehen ist,
    - wobei Modulgehäuse (1) und Trägerstreifen (7) in das Sensorgehäuse (16) eingebettet sind,
    - wobei die Einpresszonen jeweils einen quer zur Längsrichtung des Trägerstreifens (7) angeordneten, zur Aufnahme des korrespondierenden Anschlusspins (4) vorgesehenen Schlitz (10), sowie zwei Querstreben (11) aufweisen, wobei die Querstreben (11) jeweils an eine der gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes (10) einerseits und an jeweils eine Aussparung (12, 13) im Trägerstreifen (7) andererseits angrenzen, und wobei der Trägerstreifen (7) hinsichtlich Material, Dicke, Anordnung und Größe des Schlitzes (10) und der Aussparungen (12,13) so ausgelegt ist, dass beim Einpressen der Anschlusspins (4) durch eine seitwärts gerichtete Kraft eine Federwirkung der Querstreben (11) auf den nicht verjüngten Bereich der Anschlusspins (4) erzielt wird.
  2. Elektronischer Sensor oder Sensorgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Einpresszonen der Trägerstreifen (7) im zweiten Endbereich auf eine geringere Dicke als im ersten Endbereich heruntergeprägt ist.
  3. Elektronischer Sensor oder Sensorgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusspins (4) zwischen der Verjüngung (3) und dem Übergang in das Modulgehäuse (1) jeweils mindestens eine Anschlagfläche (5) oder Schulter aufweisen, die bei eingepresstem Anschlusspin (4) auf dem Trägerstreifen (7) aufsitzt.
  4. Elektronischer Sensor oder Sensorgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endbereich des Trägerstreifens (7) zusammen mit dem mit ihm in Einpresstechnik verbundenen Chipmodul (2) mit einem Zwischengehäuse (15) umspritzt ist, das in das Sensorgehäuse (16) eingebaut ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines elektronischer Sensors oder Sensorgeräts nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich aus dem Modulgehäuse (1) in Form eines Standard-Chipgehäuses, insbesondere eines Dual-Inline-Gehäuses DIP, nach außen ragende und zu kontaktierende Anschlusspins (4) mit einer Verjüngung an ihrem freien Ende mittels Einpresstechnik in jeweils eine Feder-Klemm-Kontaktstelle (9) auf mindestens einem metallischen Trägerstreifen (7) montiert werden, wobei die jeweilige Feder-Klemm-Kontaktstelle (9) eine flexible Einpresszone für den korrespondierenden Anschlusspin (4) bildet und wobei die Einpresszonen jeweils einen quer zur Längsrichtung des Trägerstreifens (7) angeordneten, zur Aufnahme des korrespondierenden Anschlusspins (4) vorgesehenen Schlitz (10), sowie zwei Querstreben (11) aufweisen, wobei die Querstreben (11) jeweils an eine der gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes (10) einerseits und an jeweils eine Aussparung (12, 13) im Trägerstreifen (7) andererseits angrenzen, wobei der Trägerstreifen (7) hinsichtlich Material, Dicke, Anordnung und Größe des Schlitzes (10) und der Aussparungen (12,13) so ausgelegt ist, dass die im nicht verjüngten Bereich breiter als der Schlitz ausgebildeten Anschlusspins (4) beim Einpressen eine seitwärts gerichtete Kraft auf die Querstreben (11) ausüben, welcher diese teilweise federnd nachgeben können, und dass Modulgehäuse (1) und Trägerstreifen (7) anschließend durch Umspritzen mit Kunststoff in ein Sensorgehäuse (16) eingebettet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein fortlaufendes Band (14) bereitgestellt wird, das mehrere Trägerstreifen (7) als Verbund aufweist, und dass anschließend eine Vereinzelung der Trägerstreifen (7) durch einen Stanzprozess und daraufhin jeweils die Montage des Modulgehäuses (1) auf den Trägerstreifen (7) erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch mindestens einen Bandgalvanik-Prozess an den Trägerstreifen (7) oder Teilen davon galvanisch aufgebrachte Oberflächen erzeugt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, mit mindestens folgenden Schritten:
    - Positionieren der freigestanzten Trägerstreifen (7) über einer zur Herstellung eines Zwischengehäuses (15) vorgesehenen unteren Spritzgusskavität (21) eines Spritzwerkzeugs, wobei in der Kavität (21) Schiebeelemente (20) vorgesehen sind, welche auf die Höhe des Trägerstreifens (7) ausgefahren sind,
    - Positionieren, Bestücken und anschließendes Einpressen des Modulgehäuses (1) mittels eines Einpresswerkzeugs (23) in den Trägerstreifen (7), wobei die Krafteinkopplung durch die Schiebeelemente (20) abgestützt wird,
    - Zurückfahren des Einpresswerkzeugs (23) und der Schiebeelemente (20), sowie Schließen der oberen Spritzgusskavität (24) des Spritzwerkzeugs,
    - Herstellen des Zwischengehäuses (15) durch Umspritzen mit Kunststoff,
    - Herstellen des Sensorgehäuses (16) durch Umspritzen des Zwischengehäuses (15) und der Steckerkontakte (8) des Trägerstreifens (7) mithilfe einer weiteren Spritzgussform.
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